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Um transportador que algumas bactérias usam para reciclar fragmentos de sua parede celular foi descoberto por pesquisadores da Universidade de Umeå, na Suécia. Eles descobriram que o transportador controla a resistência a certos tipos de antibióticos direcionados à parede celular.
O transportador encontrado pelo professor Felipe Cava e pelo estudante de doutorado Michael Gilmore, da Universidade de Umeå, é vital para a integridade da parede celular do patógeno vegetal Agrobacterium tumefaciensum modelo de laboratório conveniente de alguns patógenos humanos.
As bactérias são envolvidas por um exoesqueleto protetor, a parede celular. A parede celular é essencial para as bactérias, pois determina sua forma e permite que elas se protejam, e muitos de nossos melhores antibióticos têm como alvo as proteínas que constroem e remodelam essa estrutura. À medida que as bactérias crescem e se dividem, elas remodelam sua parede celular, o que resulta na liberação de fragmentos da parede celular conhecidos como muropeptídeos. Os muropeptídeos liberados podem ir para o meio ambiente, onde podem ter um impacto de longo alcance nas interações interespécies, ou ser transportados de volta para a célula para reciclagem. Para reciclar os muropeptídeos, algumas bactérias usam um transportador de membrana chamado AmpG. No entanto, muitas bactérias não possuem esse transportador e, portanto, não se sabe como ou se elas reciclam sua parede celular.
Quando as bactérias encontram um antibiótico direcionado ao poço celular, como a penicilina, o excesso de muropeptídeos é liberado. Algumas bactérias detectam esses muropeptídeos em excesso durante a reciclagem e usam isso como um sinal para produzir enzimas chamadas β-lactamases que quebram o antibiótico. No entanto, nem todas as bactérias fazem isso, e a reciclagem de muropeptídeos não é bem compreendida.
“Estávamos realmente interessados em estudar a reciclagem da parede celular porque sua finalidade é pouco compreendida. A bactéria E. coli por exemplo, produz várias proteínas para reciclar sua parede celular, mas bloquear a reciclagem não afeta sua capacidade de prosperar. Para entender melhor esse processo, queríamos estudar bactérias alternativas que fazem as coisas de maneira diferente”, diz Michael Gilmore, primeiro autor do estudo.
Estudando a bactéria Agrobacterium tumefaciens, uma bactéria que causa a doença Gall Gall nas plantas, os pesquisadores identificaram um novo transportador que assume o papel do AmpG nesta e em bactérias relacionadas. Rastreando genes necessários para o crescimento quando a nova síntese da parede celular é reduzida pelo antibiótico Fosfomicina, eles descobriram que um transportador pertencente à família do cassete de ligação ao ATP, ABC, parecia se tornar essencial para a sobrevivência da bactéria. Quando excluíram o transportador, descobriram que os muropeptídeos se acumulavam no meio de crescimento das células, enquanto nenhum muropeptídeo estava presente no interior das células. O transportador recém-descoberto chama-se YejBEF-YepA.
Quando os pesquisadores testaram a resistência do transportador mutante a antibióticos β-lactâmicos, como a ampicilina, descobriram que ele se tornou extremamente sensível. Como esperado, isso correspondeu a uma diminuição na atividade de uma enzima β-lactamase. Notavelmente, no entanto, o mutante do transportador tornou-se ainda mais sensível à ampicilina do que uma cepa que carecia completamente da β-lactamase, o que significa que deve haver mais coisas acontecendo. Para investigar isso ainda mais, os pesquisadores tentaram enfatizar a cepa defeituosa de reciclagem, cultivando-a em um meio de baixa osmolaridade, onde o suporte fornecido pela parede celular se torna muito importante. As bactérias cresceram muito mal e exibiram inchaço e lise, o que significa que a integridade da parede celular foi bastante reduzida.
“Este transportador apareceu em nossa tela e representou um candidato ideal para um novo transportador de muropeptídeos. Esperávamos ver uma queda na resistência a antibióticos devido à menor expressão de β-lactamase, mas o quão doente a bactéria ficou quando deletou o transportador foi muito surpreendente ”, diz Michael Gilmore.
Estudando a química da parede celular com mais detalhes, os pesquisadores descobriram que a espessura da parede celular no mutante transportador era muito menor do que o normal, o que correspondia a uma diminuição semelhante nas moléculas precursoras da parede celular. Além disso, a parede celular era menos reticulada do que o normal e dependia mais de um tipo incomum de enzima de reticulação. Eles concluíram que a perda de material reciclado da parede celular deve ser uma das principais causas da sensibilidade aos antibióticos e dos defeitos da parede celular observados em bactérias que não possuem o transportador.
Curiosamente, o transportador já foi relatado antes, como sendo importante para Sinorhizobium meliloti para formar uma simbiose de planta e patógeno de mamífero Brucella melitensis para resistir a peptídeos antimicrobianos. No entanto, não é até agora que sua função como transportador de reciclagem da parede celular foi revelada. Pode, portanto, representar um alvo promissor para antibióticos ou adjuvantes em certos patógenos humanos, mas também é relevante para a agricultura em patógenos de plantas ou simbiontes.
“Parece que um transportador geral de peptídeos YejBEF foi cooptado para transportar muropeptídeos pela evolução de uma nova subunidade, YepA. Curiosamente, o transportador está presente em muitas outras bactérias, incluindo patógenos humanos como Brucella e Ochrobactrum, e este trabalho é apenas o início da caracterização de seu papel potencial, por exemplo, na infecção”, conclui o professor Cava, autor sênior do estudo.
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